PHM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)新型裝備保障模式的影響

金 星

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

PHM（Prognostics and Health Management）技術(shù)是裝備狀態(tài)預(yù)測(cè)與健康狀態(tài)管理技術(shù)，它能夠在使用裝備時(shí)自動(dòng)完成故障檢測(cè)、預(yù)測(cè)、隔離和監(jiān)控，并及時(shí)進(jìn)行故障影響評(píng)價(jià)、故障報(bào)告和飛機(jī)狀態(tài)管理。

PHM技術(shù)是支持裝備自主保障的關(guān)鍵技術(shù)之一，是為適應(yīng)21世紀(jì)高技術(shù)條件下局部戰(zhàn)爭(zhēng)而建立的自主式后勤保障系統(tǒng)的重要組成部分，是新一代武器系統(tǒng)故障診斷和保障體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)和發(fā)展方向。它采用先進(jìn)的傳感器（如渦流傳感器，小功率無(wú)線綜合微型傳感器，無(wú)線微機(jī)電系統(tǒng)MEMS）采集飛機(jī)狀態(tài)信息，并借助各種算法（如Gabor變換、快速傅里葉變換、離散傅里葉變換）和智能模型（如專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等）來(lái)診斷、預(yù)測(cè)、監(jiān)控和管理飛機(jī)的工作狀態(tài)。PHM 技術(shù)的設(shè)計(jì)主旨不是直接消除故障，而是感知并預(yù)測(cè)故障發(fā)生的時(shí)限，從而達(dá)到在出現(xiàn)始料未及的故障之前開(kāi)展有針對(duì)性保障活動(dòng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成裝備保障從狀態(tài)監(jiān)控向狀態(tài)管理的轉(zhuǎn)變。

1 PHM的發(fā)展應(yīng)用狀況

1.1 國(guó)外對(duì)PHM技術(shù)的應(yīng)用

目前，國(guó)外的PHM 技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從方案設(shè)計(jì)擴(kuò)展到工程驗(yàn)證階段的轉(zhuǎn)變，其應(yīng)用遍及航空航天、工業(yè)制造、水力、核電等大型復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域。

在PHM等新技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提下，美軍對(duì)航空裝備保障模式進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。20世紀(jì)90年代初，美軍取消了航空三級(jí)保障體制內(nèi)的中繼級(jí)保障，推行由基層級(jí)和基地級(jí)組成的二級(jí)保障，并在F-22和F-35等飛機(jī)上付諸實(shí)施。二級(jí)保障具有后勤補(bǔ)給線縮短、保障效率提高、保障停機(jī)時(shí)間縮短、飛機(jī)戰(zhàn)備完好性和生存性提高等優(yōu)點(diǎn)，目前的保障體制調(diào)整已初步實(shí)現(xiàn)在保障費(fèi)用不變的前提下保持航空裝備快速反應(yīng)的能力。

2000年7月，PHM技術(shù)被列入美國(guó)國(guó)防部的《軍用關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告中，從美國(guó)SH-60 直升機(jī)的使用和狀態(tài)管理系統(tǒng)（HUMS, Health Usage and Monitoring Systems）到波音公司的飛機(jī)狀態(tài)管理系統(tǒng)（AHM, Airplane Health Management），從美國(guó)海軍的綜合狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)（ICAS, Integrated Condition Assessment System）、陸軍的嵌入式診斷和預(yù)測(cè)系統(tǒng)（ED/EP, Embed Diagnostics/Embed Prognostics）再到海、陸、空通用的聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)F-35的機(jī)載PHM系統(tǒng)，PHM技術(shù)得到廣泛地應(yīng)用。特別是在武器裝備使用和保障費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出采購(gòu)成本而國(guó)防預(yù)算又日漸縮減的背景下, 經(jīng)濟(jì)承受性使得PHM技術(shù)成為支持F–35飛機(jī)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)保障的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1.2 國(guó)內(nèi)對(duì)PHM技術(shù)的研究

國(guó)內(nèi)對(duì)于PHM技術(shù)的研究剛剛起步，隨著我國(guó)國(guó)防科技領(lǐng)域?qū)HM技術(shù)的強(qiáng)烈需求，在借鑒和吸收國(guó)外已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究PHM技術(shù)已成為我國(guó)新一代武器裝備的基礎(chǔ)技術(shù)儲(chǔ)備, 并由此奠定了工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)正在開(kāi)展PHM技術(shù)相關(guān)理論和基礎(chǔ)技術(shù)研究，并制定了關(guān)于PHM技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和研制規(guī)范。

目前，PHM技術(shù)的應(yīng)用大多集中在民航領(lǐng)域，主要用于監(jiān)控飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能狀態(tài)；軍方也在各領(lǐng)域?qū)HM技術(shù)進(jìn)行了理論探索和深入研究，在空軍、海軍、炮兵等軍兵種先后構(gòu)建了PHM系統(tǒng)邏輯體系結(jié)構(gòu)，而關(guān)于引入PHM技術(shù)后對(duì)保障模式等方面的影響和調(diào)整，也正在研究論證之中。

2 PHM技術(shù)對(duì)保障模式影響的分析

在我國(guó)空軍60余年的發(fā)揮發(fā)展建設(shè)中，基本上沿用了俄軍的保障模式，隨著采用PHM技術(shù)的裝備逐步引入，必然會(huì)對(duì)現(xiàn)有的保障模式產(chǎn)生相當(dāng)程度的影響。

2.1 對(duì)專業(yè)劃分與人員組織的影響

在現(xiàn)行的保障模式中，地勤機(jī)組有較細(xì)的專業(yè)分工，各個(gè)專業(yè)之間存在著較大的技術(shù)跨度，不僅使得地勤機(jī)組內(nèi)各專業(yè)的人員難以互換，還會(huì)因?yàn)槿鄙偃魏我粋€(gè)專業(yè)的地勤人員而對(duì)機(jī)組保障工作造成一定的影響。由于PHM技術(shù)可以監(jiān)控整架飛機(jī)而不是某個(gè)專業(yè)的技術(shù)狀態(tài)，因此隨著它的引入，對(duì)地勤機(jī)組的專業(yè)劃分和組織形式造成一定的影響。

2.2 對(duì)部門職責(zé)與工作流程的影響

目前外場(chǎng)保障工作重點(diǎn)是對(duì)飛機(jī)的各系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測(cè)和故障定位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該項(xiàng)工作大約占全部外場(chǎng)保障工作量的60%以上，因此外場(chǎng)保障中各級(jí)職能部門和領(lǐng)導(dǎo)的首要職責(zé)之一就是確認(rèn)裝備狀態(tài)是否完好，并決定針對(duì)故障現(xiàn)象采取的維修措施。在引入PHM技術(shù)后，全機(jī)自檢和故障定位將由PHM完成，為此對(duì)保障部門職責(zé)和工作重點(diǎn)將發(fā)生影響。

2.3 對(duì)保障時(shí)機(jī)決策與保障內(nèi)容的影響

現(xiàn)行的外場(chǎng)保障時(shí)機(jī)由定時(shí)維修和視情維修組成，制定維修決策和內(nèi)容的主要依據(jù)是主觀人為經(jīng)驗(yàn)。隨著PHM技術(shù)的應(yīng)用，維修決策和內(nèi)容將以PHM技術(shù)對(duì)重要部件的狀態(tài)監(jiān)控結(jié)果為依據(jù)，因此對(duì)裝備維修時(shí)機(jī)和內(nèi)容的決策將產(chǎn)生影響。

2.4 對(duì)訓(xùn)練體系的影響

目前地勤人員在保障工作中通常憑借維修經(jīng)驗(yàn)完成故障的判斷和定位，因此現(xiàn)行的維修訓(xùn)練重點(diǎn)是以分析故障現(xiàn)象、判斷故障位置等外場(chǎng)保障工作經(jīng)驗(yàn)為主。由于PHM技術(shù)可以自動(dòng)進(jìn)行故障檢測(cè)和定位，對(duì)地勤人員維修經(jīng)驗(yàn)的依賴性有所降低，對(duì)保障訓(xùn)練體系將產(chǎn)生一定的影響。

3 PHM技術(shù)應(yīng)用后保障模式的調(diào)整

保障模式即裝備保障的組織和管理方式，具體內(nèi)容包括：保障工作的專業(yè)劃分與人員組織、保障審批權(quán)限與工作流程、保障時(shí)機(jī)決策與保障內(nèi)容管理、保障人員培訓(xùn)考核體系等。隨著PHM技術(shù)的推廣和應(yīng)用，現(xiàn)行的保障模式需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3.1 組織結(jié)構(gòu)的調(diào)整

在PHM技術(shù)的支持下，地勤人員可以便捷地獲取飛機(jī)的故障信息，外場(chǎng)保障的主要工作的重點(diǎn)也不再是進(jìn)行故障定位而是完成故障件的更換，因此地勤人員可以分為放飛保障和排故保障二部分，放飛保障組借助PHM的功能完成全機(jī)檢測(cè)；排故保障組借助PHM的功能快速確定故障位置，這樣既可以降低對(duì)地勤人員專業(yè)技術(shù)的要求，又可以弱化各專業(yè)間的技術(shù)跨度，還能夠減少地勤機(jī)組的人數(shù)。

3.2 工作流程的調(diào)整

在PHM技術(shù)的支持下，地勤人員能夠在飛機(jī)落地前獲取故障信息，并在飛機(jī)落地前完成排除故障的各種準(zhǔn)備工作，在飛機(jī)落地之后立即排除故障，恢復(fù)飛機(jī)的完好。地勤保障不需要再按照飛行后檢查、發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)故障位置、完成排故準(zhǔn)備、排除故障等流程，從而縮短了地面保障的工作時(shí)間，為提高飛機(jī)的出動(dòng)強(qiáng)度奠定了基礎(chǔ)。

3.3 保障時(shí)機(jī)與內(nèi)容的調(diào)整

在PHM技術(shù)的支持下，地勤人員可以準(zhǔn)確獲知故障所處位置并預(yù)測(cè)故障件的剩余使用時(shí)間。在飛機(jī)落地后，地勤人員的主要工作是確認(rèn)是否對(duì)故障部件進(jìn)行更換，因此地勤機(jī)組需要請(qǐng)示的保障授權(quán)由故障定位是否正確轉(zhuǎn)變?yōu)楣收霞欠窀鼡Q，保障主管的審批內(nèi)容也由確認(rèn)故障位置轉(zhuǎn)變?yōu)榇_認(rèn)更換故障件的時(shí)機(jī)。

3.4 訓(xùn)練體系的調(diào)整

在PHM技術(shù)的支持下，地勤人員可以準(zhǔn)確地獲知發(fā)生故障的具體部件并預(yù)測(cè)剩余的工作時(shí)間，地勤訓(xùn)練的重點(diǎn)也因此由傳統(tǒng)的故障定位向綜合考慮飛機(jī)完好性與保障經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)移，地勤人員不僅要保證飛機(jī)的完好，還要在確保飛機(jī)完好的前提下盡量降低飛機(jī)的保障成本，提高飛機(jī)保障的經(jīng)濟(jì)性，充分發(fā)揮裝備的使用效能。

4 保障模式調(diào)整需要的其它技術(shù)支持

在實(shí)際的工程應(yīng)用中， 為了充分發(fā)揮PHM技術(shù)優(yōu)勢(shì)，還需要諸如自主式保障信息系統(tǒng)、便攜式維修輔助設(shè)備、交互式電子技術(shù)手冊(cè)、遠(yuǎn)程保障支持系統(tǒng)等其它技術(shù)的支持。

4.1 自主式保障信息系統(tǒng)

在自主式保障信息系統(tǒng)的支持下，PHM系統(tǒng)才能夠?qū)w機(jī)在空中發(fā)生的故障或即將發(fā)生的故障、故障所處位置、預(yù)測(cè)故障件的剩余使用時(shí)間等信息通報(bào)給地勤人員，地勤人員才能在該系統(tǒng)地支持下完成查找故障原因、確定故障位置和排除故障件方法、申請(qǐng)航材備件等準(zhǔn)備工作，PHM系統(tǒng)才能真正地發(fā)揮提高保障效率，縮短保障時(shí)間、降低保障成本的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4.2 便攜式輔助保障設(shè)備

便攜式維修輔助設(shè)備（P M A，P r o t a b l e Maintenance Aid system）能夠從飛機(jī)上下載并解讀PHM系統(tǒng)提供的故障信息，并提供排故方法、檢索相關(guān)技術(shù)資料等功能，還能夠提供飛機(jī)零部件分解圖和參考資料，并通過(guò)局域網(wǎng)將相關(guān)保障數(shù)據(jù)上傳至主數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)輔助保障管理的功能。地勤人員在PMA的輔助下才能完成人與飛機(jī)之間的信息溝通，提高外場(chǎng)保障的工作效率，降低工作強(qiáng)度。

4.3 交互式電子技術(shù)手冊(cè)

交互式電子技術(shù)手冊(cè)（IETM，Interactive Electronic Technical Manual）是提供具有交互功能的裝備使用與保障支持的技術(shù)出版物。它是一種基于計(jì)算機(jī)的技術(shù)信息集合體，覆蓋裝備所需的有關(guān)使用操作、故障查找和保障方面的全部技術(shù)信息，這些信息可被直觀地組織和格式化，并在電子屏幕上交互式地顯示給最終用戶。借助該技術(shù)的幫助，地勤人員才能便捷地獲取PHM系統(tǒng)提供的故障信息及排除故障的具體方法，從而縮短查閱手冊(cè)和相關(guān)技術(shù)文件的時(shí)間，提高機(jī)務(wù)保障的工作效率。

4.4 遠(yuǎn)程保障支持系統(tǒng)

遠(yuǎn)程保障是保障人員與后方技術(shù)支持人員或信息源之間的資料或信息的電子傳輸，以便地勤人員根據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳送的信息對(duì)裝備進(jìn)行保障。遠(yuǎn)程保障支持系統(tǒng)使得地勤人員在獲取PHM系統(tǒng)提供的相關(guān)信息后在第一時(shí)間內(nèi)完成高質(zhì)量的維修，并且在有限的時(shí)間內(nèi)通過(guò)分享經(jīng)驗(yàn)而提高保障人員技術(shù)熟練水平，顯著減少裝備在現(xiàn)場(chǎng)修理時(shí)間和停用時(shí)間，提高裝備的戰(zhàn)備完好性，降低裝備的使用與保障費(fèi)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

PHM技術(shù)是一項(xiàng)嶄新的綜合檢測(cè)技術(shù)，由于它具備的故障快速檢測(cè)和精確定位能力，不僅能夠節(jié)省外場(chǎng)的保障工時(shí)，還可以提高保障的科學(xué)化水平。在航空裝備領(lǐng)域引入PHM技術(shù)后，地勤保障工作的諸多元素都會(huì)受到影響，因此需要對(duì)外場(chǎng)保障模式進(jìn)行適度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)保障模式與裝備的實(shí)際需求緊密耦合，最大限度地發(fā)揮裝備的效能。

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